1) 핵력
원자핵 속에는 양전하를 가진 양성자들이 존재하므로 구들 사이에 정전기적 반발력이 작용하고 있습니다. 정전기적 반발력은 거리의 제곱에 반비례하는 힘으로서, 10^-14~10^-15m 크기의 원자핵 내 양성자들 사이의 반발력은 대단히 클 것입니다. 따라서 이러한 강한 전기적 반발력을 이기는 강한 인력이 필요하며 이를 핵력이라고 합니다.
핵력은 핵자 사이의 거리가 아주 가까운 (약 10^-15m정도) 경우에 정적기적 반발력을 익는 강한 인력으로 작용하는 단거리력으로서 이 범위를 벗어나면 전자기력에 의해 지배됩니다. 또한 핵자의 전하와 무관하여 양성자와 양성자, 양성자와 중성자, 및 중성자와 중성자 사이의 핵력은 거의 차이가 없습니다. 그리고 핵자의 개수가 많아져도 핵의 밀도는 대체로 일정하므로 핵력이 핵자의 수에 비례하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 이와 같은 핵력은 중간자를 교환하는 강한 상호작용에 의한 힘입니다.
인력 : 전기적 척력을 이겨내는 강한 힘
단거리력 : 10^-15m 정도의 거리 범위에서만 작용
하전독립성 : p-p, p-n, n-n 사이의 인력이 비슷
포회정 : 핵자 당 결합에너지는 약 8MeV로서 일정
교환력 : 중간자를 서로 교환함으로써 발생
2) 원자질량단위
원자의 질량을 표시하는 데는 g이나 kg 등은 불편하여 원자질량단위(amu 혹은 u)가 사용된다. 1amu는 탄소 12C 원자 한개 질량의 1/12로 정의합니다.
3) 질량결손과 핵의 결합에너지
원자핵의 질량은 그 원자핵을 구성하고 있는 각 핵자들의 질량 합보다 작습니다. 이 질량 차를 질량결손이라고 하며 아인슈타인의 방정식 E=mc^2에 의해 에너지로 환산되고 이 에너지는 핵자를 핵 속에 묶어 두는 결합에너지가 됩니다. 이는 핵을 각 핵자로 분리하는 데 필요한 에너지이기도 합니다.
결합에너지는 원자핵 속의 핵자를 뿔뿔이 분해시킬 때, 즉 핵력을 끊을 수 있을 정도로 외부에서 가해주는 에너지입니다. 반대로, 뿔뿔이 흩어져 있는 핵자끼리 결합하여 원자핵을 구성할 때는, 결합에너지 몫만큼의 에너지를 운동에너지나 방사선 상태로 원자핵 바깥으로 방출하여 에너지가 더 낮은 안정상태로 됩니다
원자핵은 양성자와 중성자가 결합한 것인데, 앞에서 이야기했듯이 핵자 개개의 질량 합과 실체 원자핵의 질량과의 사이에는 핵자 개개의 질량 합 쪽이 조금 무거워서 이들 사이에는 질량 차가 납니다. 이 질량 차를 질량결손이라 합니다. 핵자끼리 결합하여 에너지가 더 낮은 상태로 될 때는 결합에너지의 해당분만큼의 에너지가 원자핵 밖으로 방출되기 때문에 그 몫만큼 질량도 가벼워집니다. 결합에너지를 질량수(A) 나누면 핵자 당 결합에너지를 구할 수 있다.
원자핵 내의 양성자 상호 간에는 본디부터 전기적인 반발력(쿨롱력)이 강하게 작용하고 있지만, 원자핵은 뿔뿔이 분해 되지 않고 안정으로 되어 있습니다. 그 이유는 그 반발력을 웃돌 만큼 강한 힘인 핵력이 작용하고 있기 때문입니다.
핵력의 특성을 열거해보자면,
1) 강한 힘 : 전자기력보다 100배 정도 강한 인력이다
2) 근거리력 : 핵자 간의 거리가 2.5810^-15m 이내에서만 작용하며 그 외부에서는 핵력이 거의 0으로 된다.
3) 전하 독립성 : 핵력은 전하에 무관하게 (p-p), (n-n) 또는 (p-n) 간에 상호작용하는 힘은 본질적으로 차이가 없다.
4) 포화성을 가짐 : 핵자 당의 평균 결합에너지는 일정하며 이는 핵의 밀도가 질량수에 무관하게 일정치를 가지기 때문이다.
5) 교환력을 가짐 : 두 핵자 간에 교환력(위치, 전하)이 존재하며, 중간자를 매개로 힘을 주고받는다.
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